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无论是天然地基还是人工地基通常都不是由单一的土层构成的,大部分是由两层或多层土构成的,这类非均质介质地基的极限承载力计算,目前常用的是汉森加权平均法和迈耶霍夫的双层地基承载力计算公式。这两种方法计算结果往往和实际值有很大的误差,因此对于非均质介质基础的破坏模式及极限承载力的计算需要更深入的研究。针对这一问题,本文根据有限元滑移线理论推导了双层地基承载力计算公式,并且通过现场原位试验和ANSYS弹塑性有限元分析,从多个方面进行了细致、深入的研究和探讨,具体工作内容和成果如下;
1)对国内外有关非均质介质地基承载力研究的水平和现状进行了综合评述,并且对岩土类材料的本构关系特性做了全面论述;
2)鉴于国内外在双层地基承载力问题这个方面缺乏系统而完整的计算公式,本文根据有限元滑移线理论推导了双层地基极限承载力计算公式,并且编制了BASIC程序,通过大量的算例,验证了本文推导的公式的正确性。
3)为了更好的研究双层地基的承载能力,在理论研究的的基础上又进行了现场的剪切试验和室内试验,总结了现场剪切试验与室内剪切试验的优缺点,并且把现场剪切试验、室内试验与理论研究的结果进行对比,使研究更加深入;
4)结合现有的理论,运用大型有限元软件ANSYS程序中的Plane42模块,选用适合岩土类颗粒性材料本构关系特性的Drucker-Prager弹塑性本构关系模型,对单层地基进行应力-应变、附加应力、承载能力的分析,得出了基础宽度、基础的埋深、土的粘聚力和内摩擦角对地基的极限承载力的影响结果;
5)运用ANSYS对单层土的分析结果,确定出了符合双层地基规律的弹塑性本构关系模型参数。在此基础上模拟出了外荷载作用过程中双层地基内部应力、变形以及破坏面的发展过程,分析得出了双层地基的破坏机理。通过大量的ANSYS算例得出了基础宽度、基础的埋深、基础下上层土厚度、上层土的粘聚力和内摩擦角、下层土的内摩擦角对双层地基的极限承载力的影响;